JP2960787B2 - 2D displacement detector - Google Patents

2D displacement detector

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JP2960787B2
JP2960787B2 JP3031603A JP3160391A JP2960787B2 JP 2960787 B2 JP2960787 B2 JP 2960787B2 JP 3031603 A JP3031603 A JP 3031603A JP 3160391 A JP3160391 A JP 3160391A JP 2960787 B2 JP2960787 B2 JP 2960787B2
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slider
displacement detector
winding
dimensional displacement
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、特に制御機械の動作や
CRT等の表示装置への多方向操作用の入力器として主
に使用される2次元変位検出器に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a two-dimensional displacement detector mainly used as an input device for operation of a control machine and a multidirectional operation to a display device such as a CRT.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、制御機械の動作やCRT等の表示
装置への多方向操作用の入力器としてポテンショメータ
を2個用いたジョイスティックと呼ばれる2次元変位検
出器が使用されてきた。図7はジョイスティックの一例
を示す斜視図であり、ポテンショメータ35は可動部3
1に固定され、レバー30のX方向の動きに連動してそ
の入力軸が動くように結合されている。これによってポ
テンショメータ35はレバー30のX方向の動きをその
抵抗変化で示すことができる。
2. Description of the Related Art Hitherto, a two-dimensional displacement detector called a joystick using two potentiometers has been used as an input device for operation of a control machine or multidirectional operation to a display device such as a CRT. FIG. 7 is a perspective view showing an example of the joystick.
1 and is coupled so that its input shaft moves in conjunction with the movement of the lever 30 in the X direction. Thus, the potentiometer 35 can indicate the movement of the lever 30 in the X direction by its resistance change.

【0003】可動部31は台33に固定されている固定
部32によってレバー30のY方向の動きに連動して動
くように支持され、また、ポテンショメータ34は固定
部32に固定され、可動部31の動きに連動してその入
力軸が動くように結合されている。これによってポテン
ショメータ34はレバー30のY方向の動きをその抵抗
変化で示すことができる。以上から、このジョイスティ
ックを用いてレバー30の倒しかたで2つの変位を同時
に抵抗変化で示すことができ、方向など2つのパラメー
タの入力器として使用することができる。
The movable section 31 is supported by a fixed section 32 fixed to a base 33 so as to move in conjunction with the movement of the lever 30 in the Y direction. A potentiometer 34 is fixed to the fixed section 32 and the movable section 31 is fixed. The input shaft is connected so as to move in conjunction with the movement of the robot. Thus, the potentiometer 34 can indicate the movement of the lever 30 in the Y direction by its resistance change. As described above, by using the joystick, two displacements can be indicated by resistance changes at the same time by tilting the lever 30, and the joystick can be used as an input device for two parameters such as a direction.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上述したジョイスティ
ックに用いられているポテンショメータの内部には一般
に入力軸に連動して抵抗体と摺動する電極を備えてい
る。そのため、電極が摩耗し易く、2次元変位検出器と
しての寿命が短くなるという問題があった。
The potentiometer used in the joystick described above generally has an electrode which slides on a resistor in conjunction with an input shaft. Therefore, there is a problem that the electrodes are easily worn and the life as a two-dimensional displacement detector is shortened.

【0005】本発明は上述した事情から成されたもので
あり、本発明の目的は、長寿命な2次元変位検出器を提
供することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a long-life two-dimensional displacement detector.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は、特に制御機械
の動作やCRT等の表示装置への多方向操作用の入力器
として主に使用される2次元変位検出器に関するもので
あり、本発明の上記目的は、同一平面上に4個の歯を持
った磁性体の板から成り、前記4個の歯のうち隣合う歯
の磁極が通電時に逆相の状態になるように前記4個の歯
全てに第1の巻線が巻装され、前記4個の歯のうち隣合
わない歯を組合わせて2組とし、各組の対向する歯の磁
極が通電時に逆相の状態になるように前記2組のそれぞ
れに第2の巻線及び第3の巻線が巻装されたステータ
と、前記4個の歯に囲まれた領域内を2自由度で移動可
能であって、前記4個の歯と対向する各部分が同一形状
である磁性体から成るスライダーとを具備することによ
って、また、上記構成に前記4個の歯から等距離上に
るジョイントを支点として、前記スライダーの中央部を
貫装するレバーを追加具備することによって、さらに上
記構成に前記第1の巻線に励磁信号を印加する励磁手段
と、前記励磁信号の印加中に前記第2及び第3の巻線か
ら出力される信号をそれぞれ数値化するアナログ/デジ
タル変換手段と、前記アナログ/デジタル変換手段によ
り数値化された2つの数値を前記スライダーの2方向の
変位量に変換する数値変換手段とを追加具備することに
よって達成される。
The present invention particularly relates to a two-dimensional displacement detector mainly used as an input device for the operation of a control machine or a multi-directional operation to a display device such as a CRT. The object of the present invention is to provide a magnetic plate having four teeth on the same plane , wherein the four teeth are in opposite phases when energized. The first winding is wound around all of the teeth, and non-adjacent ones of the four teeth are combined into two sets, and the magnetic poles of the opposing teeth of each set are in the opposite phase when energized. As described above, a stator in which a second winding and a third winding are wound on each of the two sets, and a region surrounded by the four teeth can be moved with two degrees of freedom. A slider made of a magnetic material in which each part facing the four teeth has the same shape; Oh on equidistant from the four teeth
With the joint having a fulcrum as a fulcrum, a lever for penetrating the center portion of the slider is additionally provided, so that the above-described configuration further includes an excitation unit that applies an excitation signal to the first winding; Analog / digital conversion means for converting the signals output from the second and third windings into numerical values, respectively, and two numerical values converted by the analog / digital conversion means into displacement amounts of the slider in two directions. This is achieved by additionally providing a numerical value conversion means for performing conversion.

【0007】[0007]

【作用】本発明の2次元変位検出器は、変位の検出に磁
気の変化を利用しているため、検出部を非接触構造とし
て2次元変位検出器自体の長寿命化を図ることができ
る。
The two-dimensional displacement detector of the present invention utilizes the change in magnetism to detect the displacement, so that the life of the two-dimensional displacement detector itself can be prolonged by using a non-contact structure for the detection unit.

【0008】[0008]

【実施例】図1は本発明の2次元変位検出器の一例を示
す斜視図、図3はその平面図、図4はそのI−I断面図
である。
FIG. 1 is a perspective view showing an example of a two-dimensional displacement detector according to the present invention, FIG. 3 is a plan view thereof, and FIG. 4 is a sectional view taken along line II of FIG.

【0009】ステータ16は硅素鋼板等の軟磁性体から
成り、4方向に同一平面上に設けられた4個の歯12,
13,14,15がケーシング20に固定されている。
さらに、それぞれの歯12,13,14,15には、通
電時に図3の矢印で示すような4つのループの磁束を発
し、隣合う歯の磁極が逆相となるように巻線1がボビン
4,5,6,7を介して巻装されている。また、4個の
歯のうち隣合わない12,14の組及び13,15の組
には、上記磁束に対して起電圧を打ち消す方向に巻線2
及び3がボビン8,10及び9,11を介して巻装され
ている。つまり、巻線2及び3に通電した場合、対向す
る歯12,14及び13,15の磁極が逆相となるよう
に巻線2及び3が巻装されている。
The stator 16 is made of a soft magnetic material such as a silicon steel plate and has four teeth 12 provided on the same plane in four directions.
13, 14, 15 are fixed to the casing 20.
Further, the coils 1, 13, 14, and 15 emit magnetic fluxes of four loops as shown by arrows in FIG. 3 when energized, and the winding 1 is bobbin so that the magnetic poles of the adjacent teeth have opposite phases. It is wound through 4, 5, 6, and 7. The sets of 12 and 14 and the set of 13 and 15 that are not adjacent to each other among the four teeth are provided with windings 2 in a direction to cancel the electromotive voltage against the magnetic flux.
And 3 are wound via bobbins 8, 10 and 9, 11, respectively. In other words, the windings 2 and 3 are wound so that when the windings 2 and 3 are energized, the magnetic poles of the opposing teeth 12, 14 and 13, 15 have opposite phases.

【0010】スライダー17は珪素鋼板等の軟磁性体か
ら成り、歯12,13,14,15と対向する各部分が
常に同一形状となる円形を成している。そして、ガイド
19によってスライダー17は常に水平に保つように支
持されており、また、スライダー17の中央部には歯1
2,13,14,15から等距離上にあるジョイント2
6を支点とするレバー18が貫装されている。従って、
スライダー17はレバー18の倒された方向へ水平に動
くようになっており、スライダー17はレバー18の動
きに合わせてX方向とY方向へ2自由度で動くようにな
っている。
The slider 17 is made of a soft magnetic material such as a silicon steel plate, and has a circular shape in which the portions facing the teeth 12, 13, 14, and 15 always have the same shape. The slider 17 is always supported by a guide 19 so as to be kept horizontal.
Joint 2 equidistant from 2,13,14,15
A lever 18 having the fulcrum 6 as a fulcrum is provided. Therefore,
The slider 17 moves horizontally in the direction in which the lever 18 is tilted, and the slider 17 moves in two directions of freedom in the X direction and the Y direction in accordance with the movement of the lever 18.

【0011】図2は上述した本発明の2次元変位検出器
を用いた検出装置の一例を示すブロック図であり、マイ
クロコンピュータ40は一定周期のタイミング、もしく
は外部からのシリアル通信によるデータ要求コマンドS
COMをシリアルコミニュケーションインターフェース
44を経て受けたタイミングで、励磁回路41へ励磁指
令信号POを出力する。励磁回路41は励磁指令信号P
Oを受けるとステータ16の歯12,13,14,15
に巻かれた巻線1を方形波状のパルス信号P1で励磁す
る。このとき4個の歯から等距離にある位置を直交座標
XYの原点とし、スライダー17の中心の位置を直交座
標XYの座標(XC,YC)で示すと、巻き線2及び3
から出力される起電圧信号P2及びP3は、歯12,1
3,14,15とスライダー17の間のエアーギャップ
の違いによる磁気抵抗の違いから、ほぼ巻線1を励磁し
た信号P1をXCとYCで振幅変調した信号となる。
FIG. 2 is a block diagram showing an example of a detecting device using the above-described two-dimensional displacement detector of the present invention. The microcomputer 40 is provided with a data request command S by a fixed period of time or by external serial communication.
At the timing when COM is received via the serial communication interface 44, an excitation command signal PO is output to the excitation circuit 41. The excitation circuit 41 outputs an excitation command signal P
When O is received, the teeth 12, 13, 14, 15 of the stator 16 are received.
Is excited by a square wave pulse signal P1. At this time, if the position equidistant from the four teeth is the origin of the rectangular coordinates XY and the position of the center of the slider 17 is represented by the coordinates (XC, YC) of the rectangular coordinates XY, the windings 2 and 3
The electromotive voltage signals P2 and P3 output from the
Due to the difference in magnetic resistance due to the difference in air gap between the sliders 3, 14, 15 and the slider 17, the signal P1 which substantially excites the winding 1 becomes a signal whose amplitude is modulated by XC and YC.

【0012】巻線2及び3から出力された起電圧信号P
2及びP3は、それぞれA/D変換器42及び43で数
値信号DX及びDYに数値化され、マイクロコンピュー
タ40へ出力される。マイクロコンピュータ40は数値
信号DX及びDYに含まれる検出誤差等を補正した後、
単位変換や座標変換等を行ってスライダー17の変位を
示す2つの数値信号D1及びD2としてシリアルコミニ
ュケーションインターフェース44へ出力する。シリア
ルコミニュケーションインターフェース44はこのスラ
イダー17の変位を示す2つの数値信号D1及びD2を
シリアル化した数値信号SD1及びSD2として外部へ
出力するようになっている。
The electromotive voltage signal P output from the windings 2 and 3
2 and P3 are digitized into numerical signals DX and DY by A / D converters 42 and 43, respectively, and output to the microcomputer 40. The microcomputer 40 corrects a detection error and the like included in the numerical signals DX and DY,
It performs unit conversion, coordinate conversion, and the like, and outputs two numerical signals D1 and D2 indicating the displacement of the slider 17 to the serial communication interface 44. The serial communication interface 44 outputs the two numerical signals D1 and D2 indicating the displacement of the slider 17 to the outside as serialized numerical signals SD1 and SD2.

【0013】図5は本発明の2次元変位検出器の別の一
例を示す平面図、図6はそのI−I断面図であり、図3
及び図4と同一構成箇所は同一符号を付してその説明を
省略する。
FIG. 5 is a plan view showing another example of the two-dimensional displacement detector of the present invention, and FIG. 6 is a sectional view taken along the line II of FIG.
The same components as those of FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

【0014】ステータ24は硅素鋼板等の軟磁性体から
成り、4方に同一平面上に設けられた4個の歯12,1
3,14,15がケーシング23に固定されている。さ
らに、それぞれの歯12,13,14,15には、巻線
1がボビン4,5,6,7を介して図1の2次元変位検
出器と同様に巻装されている。また、4個の歯のうち隣
合わない12,14の組及び13,15の組には、巻線
2及び3がボビン8,10及び9,11を介して図1の
2次元変位検出器と同様に巻装されている。
The stator 24 is made of a soft magnetic material such as a silicon steel plate and has four teeth 12, 1 provided on the same plane in four directions.
3, 14, 15 are fixed to the casing 23. Further, a winding 1 is wound around each of the teeth 12, 13, 14, 15 via bobbins 4, 5, 6, 7, similarly to the two-dimensional displacement detector of FIG. The windings 2 and 3 are connected to the sets of 12 and 14 and the set of 13 and 15 which are not adjacent to each other among the four teeth via the bobbins 8, 10 and 9 and 11, respectively. It is wound in the same way as.

【0015】スライダー25は珪素鋼板等の軟磁性体か
ら成り、歯12,13,14,15と対向する各部分が
常に同一形状となる正方形を成している。そして、スラ
イダー25の中央部には歯12,13,14,15から
等距離上にあるユニバーサルジョイント22を支点とす
るレバー21が貫装され結合されている。従って、スラ
イダー25はレバー21の倒された方向へ常に歯12,
13,14,15と対面する面のXY平面内の向きが変
化せず動くようになっており、スライダー25はレバー
21の動きに合わせてほぼX方向とY方向へ2自由度で
動くようになっている。
The slider 25 is made of a soft magnetic material such as a silicon steel plate, and has a square shape in which the portions facing the teeth 12, 13, 14, 15 are always the same in shape. A lever 21 having a universal joint 22 as a fulcrum equidistant from the teeth 12, 13, 14, 15 is penetrated and connected to the center of the slider 25. Therefore, the slider 25 always moves the teeth 12,
The direction in the XY plane of the surface facing 13, 14, 15 moves without changing, and the slider 25 moves in two degrees of freedom in the X and Y directions substantially in accordance with the movement of the lever 21. Has become.

【0016】このような2次元変位検出器においても4
個の歯から等距離にある位置を直交座標XYの原点と
し、スライダー25の中心の位置を直交座標XYの座標
(XC,YC)で示すと、巻線1を励磁したときに巻線
2及び3から出力される2つの起電圧信号は、歯12,
13,14,15とスライダー25の間のエアーギャッ
プの違いよる磁気抵抗の違いから、ほぼ巻線1を励磁し
た信号をXCとYCで振幅変調した信号となる。従っ
て、図2に示した検出装置などと接続すればスライダー
25の変位を数値化して検出することができる。
In such a two-dimensional displacement detector, four
If the position equidistant from the teeth is the origin of the rectangular coordinates XY and the position of the center of the slider 25 is represented by the coordinates (XC, YC) of the rectangular coordinates XY, when the winding 1 is excited, The two electromotive voltage signals output from 3 are
Due to the difference in magnetic resistance due to the difference in air gap between the sliders 13, 14, 15 and the slider 25, the signal obtained by substantially exciting the winding 1 is amplitude-modulated by XC and YC. Therefore, if connected to the detection device shown in FIG. 2 or the like, the displacement of the slider 25 can be numerically detected.

【0017】なお、ステータの4個の歯を外側に向け、
スライダーがステータを取り囲むような構造でも本発明
を実現できる。また、検出装置による巻線の励磁もパル
スだけでなく、正弦波等の交流でも行なうことができ
る。
Note that the four teeth of the stator face outward,
The present invention can be realized with a structure in which the slider surrounds the stator. Further, the excitation of the winding by the detection device can be performed not only by a pulse but also by an AC such as a sine wave.

【0018】[0018]

【発明の効果】以上のように本発明の2次元変位検出器
によれば、従来のジョイスティックのような検出部の接
触部分、即ち摩擦部分を無くすることができるので、長
寿命で耐環境性に優れ、高い検出信頼性を維持すること
ができる。また、構造も簡単なためローコスト化するこ
とができる。さらに、4個の歯が同一平面上にあるの
で、スライダーを介する各歯との間で短い磁気ループが
形成され、磁気抵抗の減少により効率のよい変位検出が
可能となる。 また、4個の歯はステータと共に硅素鋼板
等の軟磁性体の板から打ち抜き加工等で精度よく形成さ
れ、かつ配置され、製造も容易である。
As described above, according to the two-dimensional displacement detector of the present invention, it is possible to eliminate the contact portion, that is, the friction portion, of the detecting portion such as the conventional joystick, so that it has a long life and environmental resistance. And high detection reliability can be maintained. Further, since the structure is simple, the cost can be reduced. Furthermore, the four teeth are on the same plane
And a short magnetic loop between each tooth through the slider
Formed, and efficient displacement detection due to the decrease in magnetic resistance
It becomes possible. The four teeth are made of silicon steel plate with the stator
It is formed with high precision by punching etc. from a plate of soft magnetic material such as
It is arranged and arranged, and is easy to manufacture.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の2次元変位検出器の一例を示す斜視図
である。
FIG. 1 is a perspective view showing an example of a two-dimensional displacement detector of the present invention.

【図2】図1に示す2次元変位検出器を用いた検出装置
の一例を示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing an example of a detecting device using the two-dimensional displacement detector shown in FIG.

【図3】図1に示す2次元変位検出器の平面図である。FIG. 3 is a plan view of the two-dimensional displacement detector shown in FIG.

【図4】図3に示す2次元変位検出器のI−I断面図で
ある。
FIG. 4 is a cross-sectional view of the two-dimensional displacement detector shown in FIG. 3 taken along the line II.

【図5】本発明の2次元変位検出器の別の一例を示す平
面図である。
FIG. 5 is a plan view showing another example of the two-dimensional displacement detector of the present invention.

【図6】図5に示す2次元変位検出器のI−I断面図で
ある。
FIG. 6 is a sectional view taken along line II of the two-dimensional displacement detector shown in FIG. 5;

【図7】従来の2次元変位検出器であるジョイスティッ
クの一例を示す斜視図である。
FIG. 7 is a perspective view showing an example of a joystick which is a conventional two-dimensional displacement detector.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 巻線 2 巻線 3 巻線 12 歯 13 歯 14 歯 15 歯 16 ステータ 17 スライダー 24 ステータ 25 スライダー 40 マイクロコンピュータ 41 励磁回路 42 A/D変換器 43 A/D変換器 44 シリアルコミニュケーションインターフェース 1 winding 2 winding 3 winding 12 teeth 13 teeth 14 teeth 15 teeth 16 stator 17 slider 24 stator 25 slider 40 microcomputer 41 excitation circuit 42 A / D converter 43 A / D converter 44 serial communication interface

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G06F 3/033 G01B 7/00 G05G 9/047 Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) G06F 3/033 G01B 7/00 G05G 9/047

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 同一平面上に4個の歯を持った磁性体
から成り、前記4個のうち隣合う歯の磁極が通電時に
逆相の状態になるように前記4個の歯全てに第1の巻線
が巻装され、前記4個の歯のうち隣合わない歯を組合わ
せて2組とし、各組の対向する歯の磁極が通電時に逆相
の状態になるように前記2組のそれぞれに第2の巻線及
び第3の巻線が巻装されたステータと、前記4個の歯に
囲まれた領域内を2自由度で移動可能であって、前記4
個の歯と対向する各部分が同一形状である磁性体から成
るスライダーとを備えたことを特徴とする2次元変位検
出器。
1. A magnetic material having four teeth on the same plane .
A plate, a first winding wound on the all four teeth so that the four magnetic poles of the teeth adjacent Among thus in opposite states when energized, next to one of the four teeth Two sets of non-matching teeth are combined to form two sets, and a second winding and a third winding are wound around each of the two sets so that the magnetic poles of the opposing teeth of each set are in the opposite phase when energized. And a movable part having two degrees of freedom in a region surrounded by the four teeth.
A two-dimensional displacement detector, comprising: a slider made of a magnetic material in which each part facing the teeth has the same shape.
【請求項2】 前記スライダーの形状が円である請求項
1に記載の2次元変位検出器。
2. The two-dimensional displacement detector according to claim 1, wherein the shape of the slider is a circle.
【請求項3】 前記4個の歯から等距離上にあるジョイ
ントを支点とするレバーが、前記スライダーの中央部
貫装されている請求項1に記載の2次元変位検出器。
3. A joy equidistant from said four teeth.
Lever to make cement and fulcrum, the two-dimensional displacement detector according to claim 1 which is <br/> fitted through a central portion of the slider.
【請求項4】 前記第1の巻線に励磁信号を印加する励
磁手段と、前記励磁信号の印加中に前記第2及び第3の
巻線から出力される信号をそれぞれ数値化するアナログ
/デジタル変換手段と、前記アナログ/デジタル変換手
段により数値化された2つの数値を前記スライダーの2
方向の変位量に変換する数値変換手段とを備えた請求項
1に記載の2次元変位検出器を用いた検出器。
4. An excitation unit for applying an excitation signal to the first winding, and an analog / digital unit for digitizing signals output from the second and third windings during the application of the excitation signal. Conversion means, and the two numerical values converted by the analog / digital conversion means into two values of the slider.
2. A detector using the two-dimensional displacement detector according to claim 1, further comprising numerical value conversion means for converting the displacement into a direction displacement.
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